1. Краткая история развития параллельных вычислительных средств

2. Основные тенденции развития параллельных вычислительных средств

3. Основные препятствия на пути повышения быстродействия цифровых вычислительных машин и способы их преодоления

4. Закон Мура и его влияние на развитие средств вычислительной техники

5. Перспективные направления развития параллельных и специализированных вычислительных средств

6. Производительность вычислительных средств и способы ее оценки

7. Структурная и функциональная организация параллельных вычислительных средств. Понятие структурно-параметрической оптимизации

8. Способы повышения производительности аппаратных средств вычислительной техники

9. Классификации параллельных вычислительных средств (по способу группировки, по областям применения)

10. Аналоговые вычислительные средства: принципы проектирование, достоинства, недостатки

11. Способы организации параллельной обработки информации (разделение времени, параллельная обработка подзадач, конвейеризация). Виды параллелизма (параллелизм задач и данных)

12. Естественный параллелизм независимых задач. Ансамблевая организация вычислительных систем

13. Естественный параллелизм данных (примеры задач и краткое описание подходов к организации параллельной обработки)

14. Вертикальная векторная поразрядная обработка. Машины CM-1,

1. Краткая история развития параллельных вычислительных средств

Вся история развития современных однопроцессорных ЭВМ и микропроцессорных систем – это постепенное внедрение и усовершенствование следующих методов и устройств параллельной обработки:

1. Параллельные многоразрядные сумматоры и АЛУ;

2. Конвейерные арифметические узлы АЛУ;

3. Конвейеры команд – конвейерные блоки управления процессорами с блоками опережающей выборки команд и предсказания условий переходов;

4. Сверхпараллельная аппаратно избыточная арифметика: однотактные матричные блоки умножения / деления и кодоуправляемые сдвигатели барабанного типа;

5. Параллельные многомодульные многопортовые ОЗУ;

6. Несколько уровней кэш-памяти;

7. Псевдопараллелизм на основе мультипрограммирования и разделения времени центрального процессора;

8. Контроллеры прямого доступа в основную память;

9. Суперскалярная организация микропроцессоров;

10. Мультискалярные многопроцессорные платформы на УБИС.

Дальнейшая тенденция введения параллелизма – переход к мультипроцессорным и мультикомпьютерным ВС, в том числе к кластерным ВС, супер-ЭВМ с массовым параллелизмом с программируемой структурой и отказоустойчивой организацией вычислений.

2. Основные тенденции развития параллельных вычислительных средств

Во-первых, это многоядерность (Multicore), когда несколько ядер находятся в корпусе одного процессора.

Во-вторых, это технологии с явным параллелизмом команд (EPIC - Explicitly Parallel Instruction Computing). Архитектура всех современных 64-разрядных процессоров Intel построена на использовании технологии EPIC. Параллелизм сегодня стал главным ресурсом наращивания вычислительной мощности компьютеров. Существенным препятствием к параллельному выполнению программ являются так называемые точки ветвления, в которых решается вопрос, по какому из нескольких возможных путей пойдет выполнение программы после этой точки. Чем более совершенным является механизм предсказания ветвлений, тем лучше может быть распараллелена программа. При наличии избыточных вычислительных ресурсовможно начать выполнять сразу два возможных направления работы программы, не дожидаясь, пока ее основная ветвь дойдет до точки ветвления. После того как программа достигнет точки ветвления, можно уже окончательно выбрать результаты, полученные по одной из возможных ветвей. Сущность EPIC заключается в том, что блок предсказаний ветвлений выносится из аппаратной логики процессора в компилятор. Анализируя программу, компилятор сам определяет параллельные участки и дает процессору явные инструкции по их выполнению - отсюда и следует название архитектуры EPIC. Модернизация компилятора гибче и проще, чем модификация аппаратной части параллельной вычислительной системы. Например, можно установить новую версию компилятора и посмотреть, как это отразится на скорости работы прикладных программ, создаваемых с помощью этого компилятора. При этом следует иметь в виду, что изменить устройство процессора в уже работающей вычислительной системе невозможно. Установленный процессор можно только заменить на новый, подходящий для данной системы процессор, если таковой имеется в наличии. Поэтому архитектура EPIC позволяет более эффективно модифицировать работающие вычислительные системы за счет установки более совершенных версий компилятора.

В-третьих, это многопоточность (TLP - Thread Level Parallelism), когда в каждом ядре процессора выполняется одновременно несколько потоков, конкурирующих между собой.

Главная задача в развитии вышеперечисленных направлений - существенное повышение производительности вычислительных систем. Без развития параллельных технологий решить задачу повышения производительности вычислительных систем в настоящее время не представляется возможным, поскольку современные технологии микроэлектроники подошли к технологическому барьеру, препятствующему дальнейшему существенному увеличению тактовой частоты работы процессора и изготовлению процессоров по технологиям, существенно меньшим 15 нанометров.